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面向高精度历表的月球轨道与天平动建模及LLR数据应用

Lunar Orbit,Libration Modeling and LLR Data Application for High-precision Ephemeris
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摘要 提出一套统一建模与程序化实现的月球动力学框架。基于广义相对论弱场近似,系统整合了轨道运动与双层受迫天平动过程中的主要物理效应,包括主带小天体引力、太阳J2项、潮汐变形与转动惯量时延,统一了动力学推导、参考系定义与时间系统规范,构建了模块化、高一致性的建模与处理体系。在此基础上,处理了2015—2021年的双程月球激光测距(Lunar Laser Ranging,LLR)观测数据,独立完成了月面反射器与地面测站的坐标解算。结果表明,轨道预报与DE430星历在地月连线方向的最大差异控制在0.182 m以内,天平动欧拉角50年预测偏差保持在600 mas量级;LLR数据平差后的单程残差均方根(RootMeanSquare,RMS)分别达到2.46 cm(反射器平差后)与1.68 cm(地面站平差后)。验证了统一建模体系的物理一致性与实测适配性,为自主编制高精度月球历表提供了关键技术支撑。 This study proposes a unified modeling and computational framework for lunar dynamics.Based on the weak-field approximation of general relativity,the framework systematically incorporates the major physical effects involved in orbital motion and dual-layer forced lunar libration,including gravitational perturbations from main-belt asteroids,the solar J2 term,tidal deforma-tion,and inertia tensor delay.It establishes a modular and highly consistent system by unifying dynamical derivations,reference frame definitions,and time system specifications.Using this framework,two-way Lunar Laser Ranging(LLR)data from 2015 to 2021 were processed,while the coordinates of lunar retroreflectors and terrestrial tracking stations were independently solved.The results show that the maximum deviation between the predicted orbit and the DE430 ephemeris along the Earth-Moon line is within 0.182 m,and the predicted error in physical libration Euler angles remains within 600 mas over 50 years.The post-fit root mean square(RMS)of one-way LLR residuals reaches 2.46 cm after reflector adjustment and 1.68 cm after ground station adjustment.This study demonstrates the physical consistency and practical adaptability of the unified modeling system,providing key technical support for the autonomous development of high-precision lunar ephemerides.
作者 杨婉羚 高梧桐 粟文捷 鄢建国 平劲松 YANG Wanling;GAO Wutong;SU Wenjie;YAN Jianguo;PING Jinsong(State Key Laboratory of Surveying,Mapping and Remote Sensing Information Engineering,Wuhan University,Wuhan 430079,China;National Astronomical Observatories,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100012,China)
出处 《深空探测学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期294-304,共11页 Journal Of Deep Space Exploration
基金 国家自然科学基金重点项目(42241116) 国家重点研发项目(2022YFF0503202)。
关键词 月球轨道预报 天平动预报 月球双层受迫天平动模型 LLR数据处理 lunar orbit prediction libration prediction lunar two-layer forced libration model LLR data processing
作者简介 杨婉羚(2000−),女,博士生,主要研究方向:行星精密定轨及重力场计算。通信地址:武汉大学测绘遥感信息工程全国重点实验室(430079),E-mail:wanlingyang@whu.edu.cn通信作者:鄢建国(1980−),男,教授,博士生导师,主要研究方向:深空探测、行星重力场解算以及行星内部结构研究。通信地址:武汉大学测绘遥感信息工程全国重点实验室(430079),E-mail:jgyan@whu.edu.cn。
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